4. Исследование автогенератора «пачки» импульсов на таймерах

(Дополнительное задание, выполнять не обязательно)

4.1. Собрать схему (рис. 4). Установить во времязадающую цепь первого мультивибратора конденсатор C1 емкостью 1 мкФ. Пьезоизлучатель В1 с резистором R6` не подключать. После проверки схемы и включения источника питания и осциллографа просмотреть и зарисовать осциллограммы работы схемы (напряжения на выводах 3 и 6 DA1 и DA2) при крайних и среднем положениях регулятора потенциометра. Убедиться в том, что с помощью потенциометра можно изменять число импульсов в пачке.

Рис. 4. Схема исследования генератора «пачки» импульсов на двух таймерах

4.2. Заменить С1: вместо 1 мкФ установить 100 мкФ. К выводу 3 DA2 подключить пьезоизлучатель B1 через резистор R6`. Убедиться в том, что после включения питания схема генерирует звуковые импульсы длительностью в доли секунды. Вращая регулятор потенциометра, убедиться в том, что таким образом можно менять длительность звукового импульса при неизменном периоде повторения.

Расчетная часть

Рассчитать длительность импульсов и длительность пауз между импульсами для всех вариантов экспериментов, выполненных во время работы. Результаты расчетов занести в таблицы 1-3, сравнить с результатами экспериментов.

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Принципиальные схемы исследуемых генераторов, временные диаграммы их работы, результаты измерений и расчетов.

3. Выводы по результатам работы.

Приложение 1

Расчетные формулы и пояснения к схемам

Схема одновибратора (рис. 1) является одной из основных схем включения таймера. Выходной импульс соответствует временному интервалу, в течение которого конденсатор C3 заражается через резистор R4 и потенциометр R5 от U_{кэ нас} зарядного транзистора таймера (из-за малости его можно считать приближенно равным 0) до напряжения срабатывания компаратора верхнего уровня, равного 2U_п/3. С помощью потенциометра можно изменять постоянную времени заряда C3, а следовательно и длительность выходного импульса. Таким образом, длительность выходного импульса

t_и=1,1(R4+R5`)C3,

где R5` - сопротивление потенциометра R5, определяемое положением его движка. При нижнем по схеме положении движка потенциометра он замыкается накоротко и R5`=0, при среднем положении R5`=0,5R5, при верхнем по схеме положении R5`=0,5R5.

В схеме одновибратора – генератора пилообразного напряжения (рис. 2) заряд времязадающего конденсатора С3 происходит от источника тока на транзисторе VT2. Если начало этого процесса соответствует t=0, то напряжение на конденсаторе C3 изменяется во времени следующим образом:

В момент времени, численно равный длительности импульса t_и, напряжение на С3 становится равным 2U_п/3. Поэтому

Из схемы следует, что ток I₀ можно определить исходя из условия U_R3=U_БЭVT2+U_RЭ, где U_БЭVT2~0,6В,

,

R7` - сопротивление потенциометра, определяемое положением его движка (см. выше). Таким образом,

.

Схема мультивибратора (рис. 3), в отличие от простейшей схемы, позволяет менять соотношение длительности импульса t_И и длительности паузы между импульсами t_П. Представим потенциометр R2 в виде делителя напряжения из двух резисторов R2` и R2`` (рис. 5). Когда на выходе 3 таймера формируется импульс, разрядный транзистор таймера заперт, поэтому диод VD2 открыт, а диод VD1 закрыт. Происходит заряд конденсатора C1 через резисторы R3 и R2``, при этом U_С1=U₂=U₆ возрастает от Uп/3 с постоянной времени τ_З=(R3 + R2``)C1, стремясь к уровню U<sub>П</sub>. Когда U<sub>С1</sub>=U<sub>2</sub>=U<sub>6</sub> становится больше 2U<sub>П</sub>/3, выходной импульс заканчивается. Таким образом, длительность импульса t<sub>И</sub> =0,7 (R3 + R2``)C1.

Рис.5. К пояснению принципа регулировки соотношения длительности импульса и паузы в мультивибраторе на таймере

По окончании выходного импульса напряжение на выходе падает практически до 0, разрядный транзистор таймера открывается. При этом диод VD1 открыт, а диод VD2 закрыт, поэтому конденсатор C1 разряжается через диод VD1, резисторы R1 и R2` и разрядный транзистор таймера. U<sub>С1</sub> плавно уменьшается от 2U<sub>П</sub>/3 с постоянной времени τ<sub>Р</sub>=(R3 + R2`)C1, стремясь к 0. Пауза между импульсами длится до тех пор, пока U_С1=U₂=U₆ не станет меньше Uп/3: в этот момент начнет формироваться следующий выходной импульс. Очевидно, длительность паузы между импульсами t_П =0,7 (R1 + R2`)C1. Таким образом, при изменении положения движка потенциометра R2 изменяется соотношение между R2` и R2`` , а значит и между t_И и t_П, при этом период повторения импульсов T= t_И + t_П остается постоянным.

Схема генератора «пачки» импульсов (рис. 4) состоит из двух мультивибраторов на таймерах DA1 и DA2. Непосредственно генератором выходных импульсов является мультивибратор на DA2, выполненный по простейшей схеме. Длительность его выходного импульса в установившемся режиме определяется как t_И2 =0,7 (R4 + R5)C4, а длительность паузы t_П2 =0,7R5 C4. Однако его разрешающий вход (вывод 4) подключен к выходу мультивибратора на DA1. Поэтому импульсы на выходе схемы появляются тогда, когда на выходе мультивибратора на DA1 появляется управляющий импульс, а если U_вых1=0, работа мультивибратора на DA2 блокируется и U_вых2=0. Очевидно, с помощью потенциометра R2 можно изменять длительность управляющего импульса, тем самым изменяя число импульсов в «пачке», при этом период повторения «пачки» импульсов остается неизменным.

Приложение 2